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    高壓直流UPS在數據中心的應用  

      數據中心的運營要求具有非常嚴格的高可靠性要求,然而問題也是層出不窮的。UPS供電系統本身也隨著客戶需要和技術進步飛速發展,其“需求”和“功能”是共同的驅動力量。“需求驅動”是從IT負載的供電需求角度講的,會追求更高的可靠性,更低的建設成本、運行成本和更好的可適應性。

      當前,UPS已經不單單是為了改善IT負載供電的可靠性而產生的供電設備,還為了持續不斷地追求可靠性,已經完成了從產品到系統備份的演變,在目前的架構下,進一步追求可靠性顯得步履艱難。”微型直流電源(www.hitilin.com)

      由于業務發展的階段性必然導致分階段的建設,而當前的UPS分期建設遠不如IT設備的投資靈活,并且UPS供電系統建設遠大于IT設備建設。這樣就必然會導致資源浪費或者利用不充分的情況。如何能夠使UPS的建設和IT設備的擴容更加匹配和適應,在當前的UPS產品和方案的條件下是一個巨大的瓶頸。

      “功能驅動”,從UPS本身來講,就是確保負載供電的連續性、對市電電網的凈化及設備本身的易管理。

      由于需求驅動和功能驅動,各種技術風起云涌。

      高壓直流UPS面臨的問題

      高壓直流(HVDC)UPS很有可能是UPS發展的下一個階段,不僅是因為高壓直流UPS幾乎能夠合理傳承當前所有UPS的熱點和前沿技術,也不僅是它能夠兼收傳統UPS和-48VDC通信電源之所長而摒棄其短,更重要的是它能夠在實現傳統UPS所有功能的基礎上更好地滿足負載供電的可靠性、經濟性和適應性。但是目前高壓直流UPS還面臨一系列問題有待解決。

      1、直流輸出電壓

      對于目前標準的服務器電源,其輸入電壓范圍是100~240±0.1VAC,可做以下簡要計算。

      (1)無PFC的服務器電源:

      最高電壓為240+240×0.1=264VAC,峰值電壓為264×1.41=373V

      最低電壓為100-100×0.1=90VAC,谷值電壓為90成義1.41=127V

      (2)如果是帶有源功率因數校正的電源,其直流輸出大致為400V.業界目前針對這個電壓的范圍,有240V、350V和380V多種方案。

     、380V方案。28節12V電池配置:浮充電壓為2.25/2V單體,總電壓為378V;終止電壓為1.70/2V單體,總電壓為286V。

      理由:當前IT設備基本都帶PFC功能,整流之后大致為400VDC.對服務器電源的其他器件沒有修改壓力,可以考慮放電到最低電壓286VDC。

     、350V方案。26節12V電池配置:浮充電壓為2.25/2V單體,總電壓為351V;終止電壓為1.70/2V單體,總電壓為265V。

      理由:兼顧IT設備電源(有/無PFC),對服務器電源的其他期間沒有修改壓力等。

     、240V方案。20節12V電池配置:浮充電壓為2.25/2V單體,總電壓為270V;終止電壓為1.70/2V單體,總電壓為204V。

      理由:滿足當前300V內相關安規標準,并且和傳統電力操作電源工作電壓范圍重合,配電系統相對成熟。

      2、高壓電流斷路器

      在電源系統中,斷路器(空氣開關)、保險(熔斷器)、接觸器(繼電器)被廣泛使用。這些大多按照220/380VAC來設計,對于大容量的低壓塑殼斷路器,可以有限地用于直流環境。對于微型斷路器,工作電壓達到250VAC和60VDC比較困難。也有很多供應商能提供125VDC/1P直流空開,2P串聯能達到250VDC,這是因為電力系統、直流電源、軌道交通和電力機車、艦船等需求約220VDC.但是,300-400VDC的直流微型斷路器,目前很難找到,只有采用3P和4P串聯得到。同時125VDC/1P微型斷路器的報價也比普通型斷路器高近1倍,并且在市面上不易采購。

      3、安全問題

      -48VDC系統輸出的高壓值低于電氣安全標準中要求的安全低電壓閥值60VDC對人體比較安全。300VDC屬于高壓直流,必將對人體安全造成威脅,除了有基本絕緣和工作絕緣外,還需要保護絕緣乃至加強絕緣。對產品的絕緣、防護以及操作將提出嚴格的要求。

      4、模塊帶點熱插拔問題

      模塊化冗余設計能大大提高系統能夠的可靠性。冗余的依據是新模塊能順利地加入和模塊出現故障時能順利及時退出系統。模塊的帶點熱插拔由于存在直流高壓,面臨與斷路器一樣的拉弧問題。

      5、標準缺位

      在歐盟通信標準“ETSIEN3001323V1.2.1”(2003-08)的環境工程:通信設備輸入端的電源接口;第3部分:“整流供電、交流供電、高達400V直流供電”中,對這類電源的范圍、定義、接口、電壓范圍、過壓過流保護、接地、安全要求、EMC等有較為全面的規定。但是,IEC、國標等權威機構尚未就高壓直流UPS作出業界普遍遵循的條文。

      6、產業整合

      其實,上述高壓直流UPS面臨的技術問題都有解決的方案,最大的問題還在于產業鏈的整合。由于高壓直流UPS的演進不僅涉及UPS行業,而且也涉及低壓配電產業、服務器等產業,各方面的利益不盡一致,這也需要時間進行整合。

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